CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
COURS
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a)
H 2
H 3
2
→
p 2
– d
p
→
2
→
p 3
Architecture moléculaire
y
B
→
p 1
→
p 1
d2 Be
d1 H 1
H 2
– d + 2 d
– d
b)
– d
+ 3d
H 1
– d
x
Doc. 30 Les molécules BeH 2 (a) et
BH 3 (b) sont apolaires. Le barycentre
de leurs charges négatives est
confondu avec le barycentre de leurs
charges positives.
– 2d
O
y + d
p
→ H
1
1
G –
→
p 2
a
G +
→
H
+ d
2
Doc. 31 Moment dipolaire de la
molécule d’eau. Le barycentre G – des
charges négatives, confondu avec le
centre de l’atome d’oxygène, est
distinct de celui des charges positives
G +.
p
x
3.4.1. Molécules apolaires
Dans une molécule apolaire, le barycentre des charges positives est confondu
avec le barycentre des charges négatives. Les molécules homonucléaires diatomiques
X 2 sont apolaires puisque la liaison X – X associant deux atomes identiques
n’est pas polarisée.
Les molécules AX m symétriques sont également apolaires : nous allons le montrer
sur deux exemples, celui de la molécule linéaire BeH 2 (doc. 30 a) et celui
de la molécule triangulaire BH 3 (doc. 30 b) :
■ L’hydrogène est plus électronégatif que le béryllium ( c (H) = 2,20,
c (Be) =1,57 ). Dans BeH2, les deux liaisons sont polarisées, chaque hydrogène
ayant pour charge électrique qH = – d e. La liaison Be – H1 se caractérise
alors par le moment dipolaire
→
p1, orienté dans le sens H1 c Be. Il en est de
même pour le moment dipolaire
→
p2 de la liaison Be – H2 . Ces deux vecteurs,
de module pi = d e. di sont opposés. Le moment résultant p Æ =
→
p1+ →
p2 est donc
nul et la molécule apolaire.
■ L’hydrogène est aussi plus électronégatif que le bore ( χ (B) = 2,04 ). Dans
BH3, chacune des trois liaisons B – Hi se définit alors par son moment dipo-
→
laire pi, orienté dans le sens Hi c B. La molécule BH3 étant plane et tous
ses angles étant de 120°, il est facile de conclure que : p Æ =
→
p1 +
→
p2 +
→ →
p3 = 0 .
3.4.2. Molécules polaires
Dans de nombreux cas, les molécules présentent en revanche un moment
dipolaire permanent qui traduit le fait que le barycentre des charges positives
et celui des charges négatives ne sont plus confondus.
■ C’est le cas, par exemple, de la molécule d’eau avec une distance internucléaire
d OH de 95,7 pm et un angle H – O – H de 104,5° et pour laquelle un
moment dipolaire permanent de module p = 1,85 D a été mesuré à l’état vapeur.
Le moment dipolaire expérimental traduit la contribution de tous les moments
dipolaires individuels, soit la somme de quatre termes, deux correspondant à
la contribution de chaque liaison O–H et les deux autres à celles des doublets
libres.
L’hydrogène est le moins électronégatif des deux éléments ( χ (O) = 3,44 ), la
polarisation des liaisons O – H intervient cette fois dans le sens O c Hi .
Dans le référentiel visualisé sur le document 31, le moment dipolaire résultant
est alors : p Æ =
→
p1 +
→
p2 . Ses composantes ont donc pour valeurs :
p x = p 1x + p 2x = p 1 cos + p 2 cos = 2 p 1 cos
p y = p 1y + p 2y = p 1 sin – p 2 sin = 0
Le moment dipolaire est donc porté par la bissectrice de l’angle H – O – H.
Compte tenu des caractéristiques géométriques de cette molécule, il vient alors :
p 1 =
1,85
2 . cos 52,25
valeur à comparer au moment dipolaire théorique pth de la liaison O – H supposée
totalement ionique :
pth = 95,7 . 10–12 . 1,60 . 10 –19
=4,60 D
3,33 . 10 –30
=1,51 D
ce qui correspond à un pourcentage ionique I H–O = 32,8 % pour la liaison
hydrogène-oxygène.